Germà de l’actriu Maria Schell, els seus inicis professionals estigueren dedicats al teatre, en el qual sobresortí com a actor shakespearià. S’inicià en el cinema amb Kinder, Mutter und ein General (‘Fills, mare i un general’, 1955), de László Benedek. Des del seu debut en The Young Lions (1958), d’Edward Dmytryk, es convertí en un dels actors europeus més sol·licitats de Hollywood, feina que compaginà amb una carrera d’èxit a Europa com a actor i director cinematogràfic, televisiu i teatral.
De la seva abundosa filmografia cal destacar Judgement at Nuremberg (1961), de Stanley Kramer, film pel qual obtingué un Globus d’Or i l’Oscar d’interpretació; Five Finger Exercise (1961), de Daniel Mann; I sequestrati di Altona (1962), de Vittorio de Sicca; Topkapi (1964), de Jules Dassin; Return from the Ashes (1965), de John Lee Thompson; The Deadly Affair (1966), de Sidney Lumet; East of Java (1967), de Bernard Kowalski; Das Schloß (‘El castell’, 1968), de Rudolf Noelte; The Odessa File (1974), de Ronald Neame; The Man in the Glass Booth (1975), d'Arthur Hiller; Sarajevski atentat (‘L’atemptat de Sarajevo’, 1975), de Veljko Bulajić; Julia (1977), de Fred Zinnemann; A Bridge Too Far (1977) de Richard Attenborough; Julia (1977), de Fred Zinnemann, i The Diary of Anne Frank (1980), de Boris Sagal.
Dirigí alguns films: Der Fußgänger (‘El vianant’, 1973), amb el qual guanyà el Globus d’Or a la millor pel·lícula estrangera; Erste Liebe (‘Primer amor’, 1970) i Der Richter und sein Henker (‘El jutge i el seu botxí’, 1975), premiats al festival de Sant Sebastià. Actuà sovint en telefilms i telesèries (Stalin, 1992, Globus d’Or al millor actor secundari).